[发明专利]数模转换

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于数模转换的电路和过程。本发明具有对于Delta-Sigma转换器和对于D级放大器的具体用途。

背景技术

Delta Sigma(DS)模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)因为它们的过取样和噪声成形性质，已经成为用于高分辨率用途的流行转换器。这些特性使它们对于它们元件的非线性和非理想性更可靠。的确，通过平衡精度与速度，DS转换器在目前CMOS技术发展的范围变得更有吸引力。

DS转换器可在切换-电容器(SC)或连续时间(CT)方法中实现。当今，SC调制器(转换器)被广泛地用在商业用途中，因为它们可更高效地在标准CMOS技术中实现，并且提供高度可控制的设计，以及对于时钟抖动问题高度不敏感。的确，SC调制器在理论上被良好地理解和研究。然而，SC实现具有某些问题。它们最大的缺陷之一是由它们的性质(即切换电容器的性质)产生的它们的较高功率消耗。SC DS转换器的其它主要问题是它们由用于它们的运算-放大器的要求带宽至少大于取样频率的五倍的事实产生的较低速度性质。而且，SC转换器在调制器的输入处需要去锯齿(anti-aliasing)滤波器以防止锯齿。

参照图1，CT DS调制器(转换器)的一般方案表示成包括环路-滤波器111、n位ADC 112(也叫做n位量化器)和n位ADC 113。ADC 112和DAC 113被计时；转换器的取样操作在到ADC 112的输入处进行。与SC DS转换器相反，CT DS转换器在调制器-环路内进行取样操作，并因此形成在所感兴趣的界限外的取样误差。所以，降低在转换器中运算-放大器的带宽要求。况且，因为在环路-滤波器内没有切换，所以运算-放大器和积分器的功率消耗大大地减小。这些特性使得CT DS转换器更适于高速用途。CT DS转换器例如在Schreier和B.Zhang的“Delta-Sigma Modulators employing Continuous-TimeCircuitry”，IEEE Transaction on Circuit and Systems-I，Vol.43，No.4，pp.324-332，1996年4月；O.Shoaei和M.Snelgrove的“Optimal(bandpass)Continuous-Time Sigma-Delta Modulator”，IEEEInternational Symposium on Circuits and Systems，Vol.5，pp.489-492，1994年6月；及Robert H.M.van Veldhoven的“ATriple-Mode Continuous-Time Sigma-Delta Modulator withSwitched-Capacitor Feedback DAC for a GSM-EDGE/CDMA200/UMTS Receiver”，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.38，No.12，pp.2069-2076，2003年12月中描述。

除CT电路关于其较高带宽和/或较低功率-耗散的优点之外，在由它们实现较高的信号对噪声加失真比(SNDR)时有某些限制。反馈信号的下降和上升沿的非对称性、对于反馈-延迟的敏感性及对于时钟抖动的灵敏性在设计CT DS调制器时是最大障碍。然而，最初两个问题已经良好地研究，并且已经提出解决它们的一些可靠技术和方案。

时钟-抖动仅在输入信号的取样时间主要影响SC DS调制器，并因此因为调制器的过取样性质，其效果在所感兴趣的频带中在调制器输出处被衰减过取样比(OSR)的系数。然而，在CT DS调制器中，时钟抖动通过改变来到环路-滤波器的反馈的信号脉冲-带宽而改变反馈值。近似地，在CT DS调制器中的时钟抖动在OSR的平方的量级方面具有比在SC DS调制器中更坏的效果，并且在设计CT DS调制器时是严重问题。

这个问题已经在EP-A-1147609中解决，这在下面参照图2和3描述。在EP-A-1147609中，图1的DAC 113由电容器代替，该电容器依据数字信号的值充电到不同基准电压，并且然后通过无源和有源电阻器放电。不过进一步的改进是希望的，特别是降低功率消耗。

WO2004/034588公开了用来减小在CT DS调制器中的时钟抖动的电路，其中对于数模转换，控制电压通过放电电容器而产生，直到在电容器上的电压达到由比较器确定的水平。关于这种设置的问题包括由电容器的波形引起的过大功率要求、和由比较器的使用引起的时钟抖动和电路复杂性。